Enseñanza del diseño de conexiones estructurales paramétricas aplicando la metodología “design thinking” =Teaching the design of parametric structural connections applying the design thinking methodology

Resumen

La Pontificia Universidad Católica del Ecuador, a través de su escuela de Arquitectura, sostiene a la innovación en el diseño y la utilización de tecnología de última generación dentro de sus líneas de enseñanza. Una de ellas está orientada al uso de herramientas BIM y sus diversos campos de acción. La presente investigación busca direccionarse en el desarrollo digital de la Parametrización (PM), utilizada en programas informáticos BIM del campo arquitectónico, mediante la generación de conexiones estructurales, que permitan vincular elementos técnico-constructivos de distinta índole, función y materialidad [1]. El Ecuador, al estar situado sobre el Cinturón de Fuego del Pacífico y atravesado longitudinalmente por la cordillera de los Andes, presenta condiciones sísmicas de alto riesgo. Esto da lugar a que los sistemas estructurales en las edificaciones sean premisas básicas consideradas dentro del diseño arquitectónico, cuya finalidad está en disminuir la vulnerabilidad de las construcciones y precautelar el bienestar de los usuarios. El Ecuador, debido a su diversidad cultural, natural y climatológica con respecto al nivel del mar, ha desarrollado y combinado el uso de distintas materialidades, tecnologías y tipologías arquitectónicas para la generación de espacios habitables. Es por ello que se propone una metodología de diseño de conexión estructural parametrizada, donde el tipo de unión no solamente cumpla una función estructural entre componentes constructivos, sino que además sea una elemento arquitectónico-compositivo que enfatice el aspecto funcional y formal del proyecto de diseño [2]. La metodología aplicada involucra un trabajo de investigación donde el estudiante entienda los cinco conceptos básicos de los tipos de esfuerzos a los cuales pueden estar sometidas las estructuras: compresión, tracción, tensión, torsión y corte [3]. La segunda fase involucra la exploración en el funcionamiento general de las conexiones estructurales, enfatizando el desarrollo de detalles constructivos en los que se consideren los aspectos técnico-formales del proyecto arquitectónico. Así también, se aborda el conocimiento sobre materialidad en cuanto a las características, propiedades, beneficios y limitaciones del acero, madera y hormigón, utilizados de manera independiente y mixta. El objetivo es conjugar los conceptos revisados anteriormente y aplicarlos en un detalle de conexión estructural que sea construible, y que consiga ser un aporte formal y funcional del proyecto, para lo cual se utiliza la parametrización junto con programas informáticos de última generación, que permitan utilizar los distintos planos de proyección en 2 y 3 dimensiones para comprender el encuentro estructural y posibles interferencias de los distintos componentes constructivos en el espacio [4]. El resultado de la metodología aplicada, es la generación de un detalle constructivo de conexión estructural entre distintos materiales, el cual va a tener un resultado funcional, construible y replicable, acorde a la capacidad tecnológica del contexto. Esto va a dar lugar a múltiples ajustes dimensionales que sean adaptados a los requerimientos espaciales del proyecto y materiales de construcción locales. El detalle constructivo va a ser estudiado a profundidad y modelado en un software informático BIM, desarrollándolo de tal manera que va a poder insertarse en el proyecto arquitectónico del estudiante correctamente. La metodología puntual a desarrollar en el presente estudio, implica que el estudiante modele cada uno de los componentes de su detalle de conexión estructural en AUTODESK REVIT 2020, con la finalidad de asegurar su correcto funcionamiento, adaptabilidad y disposición de sus distintos elementos constructivos en el espacio.

Abstract

The Pontificia Universidad Católica Del Ecuador, through its architecture school, maintains innovation in design and the use of last generation technology in its teaching emphasis. One of them focuses on the use of BIM tools in their different guidelines. The present research is addressed to digital development of parametric modelling (PM), used with an architectural BIM software through the development of structural connections, which allows tie diverse technical-constructive-elements, function, and materiality [1]. Ecuador is located directly above the Pacific Ring of Fire and the Andes range cross it entirely, representing an elevated seismic risk. This situation knows that structural systems in edifications should be basic premises considering within an architectural design, whose purpose is to decrease construction vulnerability and increase security for the habitants. Due to cultural, natural, and climatological diversity of Ecuador, the country has developed diverse materiality, technologies and architectural typologies to generate living spaces. For those reasons, the research proposes a parametric design methodology of structural connections between constructive components, where the union not only meets its structural function, but also includes an architectural-compositive element that emphasizes functional and formal aspects of the design project [2]. The applied methodology implies a researching work where the student understands the five basic concepts of forces that affect to structures: tension, compression, shear, torsion and traction [3]. The second phase involves the exploration of general function of structural connections, focused on the development of constructive details where are considered technical and formal aspects of the architectural project. The knowledge related to materiality is part of the process: characteristics, properties, benefits and limitations of steel, wood and concrete, used in an independent or combined way. The objective is to link the concepts reviewed previously and apply them in a structural connection in order to build it and as the same time, develop a formal and functional input of the architectural project. Therefore, the practice of parametrization with a last generation BIM software allows using and visualizing different projection planes in two and three dimensions to understand the structural connections and possible interferences of the constructive components in the space [4]. The result of this methodology is the generation of a constructive detail about a structural connection with diverse materials, making it functional, buildable and replicable. Those conditions will allow multiple dimensional adjustments, adaptability to the project requirements and the correct use of local construction materials. The constructive detail will be developed and studied in an architectural BIM software, in order to be properly included in the student´s design project. The accurate methodology to be developed in the current research implies that each student has to model all of the constructive components of the structural connection detail in AUTODESK REVIT 2020, with the intention of ensure a correct work, adaptability and placement of all of its diverse constructive elements in the project [5] [6].